Nobel de Química 2025
O Nobel de Química deste ano foi para o japonês Susumu Kitagawa, o britânico Richard Robson e o jordaniano Omar M. Yaghi pelo desenvolvimento das estruturas metal-orgânicas.
Essas estruturas podem ajudar a reduzir emissões de carbono, filtrar poluentes e extrair água do ar em regiões áridas. O prêmio de 11 milhões de coroas suecas (cerca de R$ 6,2 milhões) reconhece avanços que transformam a compreensão da matéria e impulsionam novas tecnologias.
Estruturas Metal-Orgânicas, ou MOFs (do inglês Metal-Organic Frameworks), são uma classe de materiais cristalinos porosos tridimensionais que têm atraído grande interesse na química, ciência dos materiais e engenharia devido às suas propriedades únicas e vasta gama de aplicações potenciais.
Composição e Estrutura
As MOFs são construídas a partir de dois componentes principais:
Centros Metálicos (Nós): Geralmente consistem em íons metálicos (como Zn, Cu, Fe, Cr, Zr, Al) ou pequenos aglomerados metálicos (clusters) que atuam como pontos de ligação.
Ligantes Orgânicos (Conectores): São moléculas orgânicas multifuncionais que possuem grupos doadores de elétrons (como carboxilatos, piridinocarboxilatos, imidazolatos) capazes de se coordenar com os centros metálicos.
Esses dois componentes se auto-organizam através de ligações de coordenação fortes para formar estruturas estendidas, altamente ordenadas e porosas, com poros e canais bem definidos. É como construir um "lego" molecular, onde os centros metálicos são os "blocos" e os ligantes orgânicos são as "hastes" que os conectam.
Estrutura metálica orgânica prateada que se assemelha ao tecido orgânico
Características Principais
As MOFs são notáveis por várias características:
Porosidade Elevada: Possuem volumes de poros e áreas de superfície interna excepcionalmente altos, que podem superar os de materiais porosos tradicionais como zeólitas e carvão ativado.
Cristalinidade: A maioria das MOFs é cristalina, o que permite uma caracterização estrutural precisa usando técnicas como difração de raios-X.
Tunabilidade: A química de coordenação envolvida na sua síntese permite um controle preciso sobre o tamanho e a forma dos poros, a funcionalidade da superfície interna e as propriedades gerais do material. Isso é conseguido pela escolha dos centros metálicos e dos ligantes orgânicos.
Diversidade Estrutural: A combinação quase infinita de diferentes centros metálicos e ligantes orgânicos resulta em uma enorme variedade de estruturas e topologias possíveis.
Síntese
As MOFs são tipicamente sintetizadas por métodos solvotérmicos ou hidrotermais, onde os precursores metálicos e orgânicos são dissolvidos em um solvente e aquecidos em um recipiente fechado (autoclave). A temperatura, o solvente e o tempo de reação são fatores críticos que influenciam a estrutura e a cristalinidade da MOF resultante.
Propriedades e Aplicações
Devido às suas características únicas, as MOFs têm sido exploradas em uma vasta gama de aplicações:
Armazenamento e Separação de Gases: Sua alta porosidade e funcionalidade de poros permitem a adsorção e separação seletiva de gases como hidrogênio (H2), metano (CH4), dióxido de carbono (CO2) e outros, sendo promissoras para tecnologias de energia e meio ambiente.
Catálise: Os centros metálicos e os ligantes orgânicos podem atuar como sítios ativos para reações catalíticas, oferecendo alta seletividade e eficiência.
Sensores: A estrutura porosa e a capacidade de interagir com moléculas específicas tornam as MOFs excelentes candidatas para detecção de gases, vapores e biomoléculas.
Entrega de Medicamentos (Drug Delivery): Os poros podem ser carregados com fármacos, permitindo uma liberação controlada e direcionada no corpo.
Captura de Água da Atmosfera: Certas MOFs podem adsorver água do ar mesmo em baixa umidade e liberá-la quando aquecidas, oferecendo uma solução para a escassez de água em regiões áridas.
Conversão de Energia: Utilizadas em supercapacitores, células a combustível e outras aplicações relacionadas à energia.
Em resumo, as MOFs são uma classe versátil e promissora de materiais, que continuam a ser um foco intenso de pesquisa devido à sua estrutura modular e propriedades altamente ajustáveis.
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